基于离散元法的玉米脱粒机优化设计新方法研究

我国年产玉米近一亿五千万吨，由于地理和气候等原因，大部分是收获晾晒后，再进行脱粒操作，因此脱粒机的使用非常广泛。但目前国内外玉米脱粒机的设计和研发，大都采用经验或试验方法，远未达到优化设计的目的。本项目采用离散元法研究玉米的脱粒过程，研究由脱粒机的三维CAD模型建立其三维离散元法分析模型的方法，研究基于颗粒聚合体的玉米穗三维建模方法，研究玉米芯与玉米籽粒之间连接的力学模型和连接断裂的准则等，在此基础上自主研制出分析玉米脱粒过程的三维离散元法软件并实现与三维CAD软件集成，从而构建一种集设计和性能分析评价为一体的集成软件。采用该集成软件，通过改变脱粒机的CAD模型、玉米穗的分析模型、连接的力学模型和参数，能对不同原理、不同结构和尺寸的玉米脱粒机进行性能分析和评价，由此实现玉米脱粒机结构方案和尺寸参数的优化，为玉米脱粒机的研究和优化设计建立一种新方法，也为其它农作物脱粒过程研究提供参考。

我国年产玉米二亿吨，由于地理和气候等原因，大部分是收获晾晒后，再进行脱粒操作，因此玉米脱粒机的使用非常广泛。但目前国内外玉米脱粒机的设计和研发，大都采用经验或试验方法，远未达到优化设计的目标。本项目首次采用离散元法研究玉米的脱粒过程，研究并建立了由脱粒机的三维CAD模型建立其三维离散元法分析模型的方法，提出并建立了基于颗粒聚合体的玉米果穗三维建模方法，提出并建立了玉米芯与玉米籽粒之间连接的力学模型和连接的断裂准则，研究并建立了玉米脱粒过程的分析计算方法等，在此基础上研制出具有自主知识产权的玉米脱粒过程分析软件并实现与CAD软件集成，从而构建一种集设计和性能分析评价为一体的集成软件，还通过测试验证了该软件的可行性和有效性。采用该集成软件，通过改变脱粒机的CAD模型、玉米果穗的分析模型、连接的力学模型和参数，能对不同原理、不同结构和尺寸的玉米脱粒机进行性能分析和评价，由此实现玉米脱粒机结构方案和尺寸参数的优化，为玉米脱粒机的研究和优化设计建立了一种新方法，也为其它农作物脱粒过程研究提供参考。